Բարակ թաղանթների նստեցման տեխնիկաների համապարփակ ակնարկ՝ MOCVD, մագնետրոնային փոշիացում և PECVD

Կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ, մինչդեռ ֆոտոլիտոգրաֆիան և փորագրությունը ամենատարածված գործընթացներն են, էպիտաքսիալ կամ բարակ թաղանթային նստեցման տեխնիկան նույնքան կարևոր է: Այս հոդվածը ներկայացնում է չիպերի արտադրության մեջ օգտագործվող մի քանի տարածված բարակ թաղանթային նստեցման մեթոդներ, այդ թվում՝ՔԿՎԴ, մագնետրոնային փոշիացում, ևՊԵԿՎԴ.

Ինչո՞ւ են բարակ թաղանթային գործընթացները կարևոր չիպերի արտադրության մեջ։

Պատկերացնելու համար պատկերացրեք պարզ թխված հաց։ Այն ինքնուրույն կարող է անհամ լինել։ Այնուամենայնիվ, մակերեսը տարբեր սոուսներով՝ օրինակ՝ համեղ լոբու մածուկով կամ քաղցր ածիկի օշարակով, քսելով՝ կարող եք ամբողջությամբ փոխել դրա համը։ Այս համը բարելավող ծածկույթները նման ենբարակ թաղանթներկիսահաղորդչային գործընթացներում, մինչդեռ հարթ հացն ինքնին ներկայացնում էհիմք.

Չիպերի արտադրության մեջ բարակ թաղանթները կատարում են բազմաթիվ ֆունկցիոնալ դերեր՝ մեկուսացում, հաղորդականություն, պասիվացում, լույսի կլանում և այլն, և յուրաքանչյուր գործառույթ պահանջում է հատուկ նստեցման տեխնիկա։

1. Մետաղ-օրգանական քիմիական գոլորշու նստեցում (MOCVD)

MOCVD-ն բարձրակարգ կիսահաղորդչային բարակ թաղանթների և նանոկառուցվածքների նստեցման համար օգտագործվող բարձրակարգ և ճշգրիտ տեխնիկա է: Այն կարևոր դեր է խաղում այնպիսի սարքերի արտադրության մեջ, ինչպիսիք են լուսադիոդները, լազերները և ուժային էլեկտրոնիկան:

MOCVD համակարգի հիմնական բաղադրիչները.

• Գազի մատակարարման համակարգ
  Պատասխանատու է ռեակտիվների ճշգրիտ ներմուծման համար ռեակցիայի խցիկ։ Սա ներառում է հետևյալի հոսքի կառավարումը.

• Կրող գազեր

• Մետաղաօրգանական նախորդներ

• Հիդրիդային գազեր
  Համակարգն ունի բազմակողմանի փականներ՝ աճի և մաքրման ռեժիմների միջև անցնելու համար։

• Ռեակցիայի խցիկ
  Համակարգի սիրտը, որտեղ տեղի է ունենում նյութական իրական աճը։ Բաղադրիչները ներառում են՝

  • Գրաֆիտի ընկալիչ (ենթաշերտի պահող)

  • Ջեռուցիչի և ջերմաստիճանի սենսորներ

  • Օպտիկական միացքներ տեղում մոնիթորինգի համար

  • Ռոբոտացված ձեռքեր վաֆլիների ավտոմատ բեռնման/բեռնաթափման համար

• Աճի վերահսկման համակարգ
  Բաղկացած է ծրագրավորվող տրամաբանական կարգավորիչներից և հիմնական համակարգչից: Սրանք ապահովում են ճշգրիտ մոնիթորինգ և կրկնելիություն ամբողջ նստեցման գործընթացի ընթացքում:

• Տեղում մոնիթորինգ
  Պիրոմետրերի և ռեֆլեկտորաչափերի նման գործիքները չափում են՝

  • Ֆիլմի հաստությունը

  • Մակերեսի ջերմաստիճանը

  • Հիմքի կորություն
    Սրանք հնարավորություն են տալիս իրական ժամանակում հետադարձ կապ և ճշգրտում ստանալ։

• Արտանետումների մաքրման համակարգ
  Մշակում է թունավոր ենթամթերքները ջերմային քայքայման կամ քիմիական կատալիզի միջոցով՝ անվտանգությունն ու շրջակա միջավայրի համապատասխանությունն ապահովելու համար։

Փակ միացմամբ ցնցուղի գլխիկի (CCS) կոնֆիգուրացիա՝

Ուղղահայաց MOCVD ռեակտորներում CCS կառուցվածքը թույլ է տալիս գազերը միատարր ներարկել ցնցուղի գլխիկի կառուցվածքում հերթագայող ծորակների միջոցով։ Սա նվազագույնի է հասցնում վաղաժամ ռեակցիաները և բարելավում միատարր խառնումը։

• Theպտտվող գրաֆիտային ընկալիչառավելապես նպաստում է գազերի սահմանային շերտի համասեռացմանը՝ բարելավելով թաղանթի միատարրությունը վաֆլիի վրա։

2. Մագնետրոնային փոշիացում

Մագնետրոնային փոշիացումը ֆիզիկական գոլորշիների նստեցման (PVD) մեթոդ է, որը լայնորեն կիրառվում է բարակ թաղանթների և ծածկույթների նստեցման համար, մասնավորապես էլեկտրոնիկայում, օպտիկայում և կերամիկայում։

Աշխատանքային սկզբունքը.

1. Նպատակային նյութ
   Նստեցման ենթակա սկզբնանյութը՝ մետաղ, օքսիդ, նիտրիդ և այլն, ամրացված է կաթոդի վրա։

2. Վակուումային խցիկ
   Գործընթացը կատարվում է բարձր վակուումի տակ՝ աղտոտումից խուսափելու համար։

3. Պլազմայի ստեղծում
   Իներտ գազը, սովորաբար արգոնը, իոնացվում է՝ առաջացնելով պլազմա։

4. Մագնիսական դաշտի կիրառում
   Մագնիսական դաշտը սահմանափակում է էլեկտրոնները թիրախի մոտ՝ իոնացման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար։

5. Ցողման գործընթաց
   Իոնները ռմբակոծում են թիրախը՝ դուրս մղելով ատոմները, որոնք անցնում են խցիկով և նստում հիմքի վրա։

Մագնետրոնային փոշիացման առավելությունները.

• Միատարր թաղանթի նստեցումմեծ տարածքների վրայով։

• Բարդ միացություններ կուտակելու ունակություն, ներառյալ համաձուլվածքները և կերամիկան։

• Կարգավորելի գործընթացի պարամետրերհաստության, կազմի և միկրոկառուցվածքի ճշգրիտ վերահսկման համար։

• Բարձր որակի ֆիլմուժեղ կպչունությամբ և մեխանիկական ամրությամբ։

• Լայն նյութերի համատեղելիություն, մետաղներից մինչև օքսիդներ և նիտրիդներ։

• Ցածր ջերմաստիճանի շահագործում, հարմար է ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն հիմքերի համար։

3. Պլազմայով ուժեղացված քիմիական գոլորշու նստեցում (PECVD)

PECVD-ն լայնորեն կիրառվում է սիլիցիումի նիտրիդի (SiNx), սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO₂) և ամորֆ սիլիցիումի նման բարակ թաղանթների նստեցման համար։

Սկզբունք՝

PECVD համակարգում նախորդող գազերը ներմուծվում են վակուումային խցիկ, որտեղլուսարձակող պլազմաստեղծվում է՝ օգտագործելով՝

• Ռադիոհաճախականության գրգռում

• Բարձր լարման հաստատուն հոսանք

• Միկրոալիքային կամ իմպուլսային աղբյուրներ

Պլազման ակտիվացնում է գազային փուլի ռեակցիաները՝ առաջացնելով ռեակտիվ տեսակներ, որոնք նստեցվում են հիմքի վրա՝ առաջացնելով բարակ թաղանթ։

Տեղադրման քայլերը.

1. Պլազմայի ձևավորում
   Էլեկտրամագնիսական դաշտերից գրգռված՝ նախորդող գազերը իոնացվում են՝ առաջացնելով ռեակտիվ ռադիկալներ և իոններ։

2. Ռեակցիա և փոխադրում
   Այս տեսակները ենթարկվում են երկրորդային ռեակցիաների, երբ շարժվում են դեպի հիմքը։

3. Մակերեսային ռեակցիա
   Հասնելով հիմքին, դրանք կլանում են, ռեակցիայի մեջ են մտնում և առաջացնում պինդ թաղանթ։ Որոշ ենթամթերքներ արտազատվում են գազերի տեսքով։

PECVD-ի առավելությունները՝

• Գերազանց միատարրությունթաղանթի կազմի և հաստության մեջ։

• Ուժեղ կպչունություննույնիսկ համեմատաբար ցածր նստեցման ջերմաստիճաններում։

• Բարձր նստվածքի մակարդակներ, ինչը այն հարմար է դարձնում արդյունաբերական մասշտաբի արտադրության համար։

4. Բարակ թաղանթի բնութագրման տեխնիկաներ

Բարակ թաղանթների հատկությունները հասկանալը կարևոր է որակի վերահսկման համար: Տարածված մեթոդներն են՝

(1) Ռենտգենյան դիֆրակցիա (XRD)

• ՆպատակՎերլուծեք բյուրեղային կառուցվածքները, ցանցի հաստատունները և կողմնորոշումները։

• ՍկզբունքԲրեգգի օրենքի հիման վրա չափում է, թե ինչպես են ռենտգենյան ճառագայթները դիֆրակցվում բյուրեղային նյութի միջով։

• ԴիմումներԲյուրեղագիտություն, փուլային վերլուծություն, դեֆորմացիայի չափում և բարակ թաղանթի գնահատում։

(2) Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (SEM)

• ՆպատակԴիտարկեք մակերեսի ձևաբանությունը և միկրոկառուցվածքը։

• ՍկզբունքՕգտագործում է էլեկտրոնային փունջ՝ նմուշի մակերեսը սկանավորելու համար։ Հայտնաբերված ազդանշանները (օրինակ՝ երկրորդային և հետադարձ ցրված էլեկտրոններ) բացահայտում են մակերեսի մանրամասները։

• ԴիմումներՆյութագիտություն, նանոտեխնոլոգիա, կենսաբանություն և ձախողման վերլուծություն։

(3) Ատոմային ուժային մանրադիտակ (ԱՈւՄ)

• ՆպատակՊատկերի մակերեսներ ատոմային կամ նանոմետրական լուծաչափով։

• ՍկզբունքՍուր զոնդը սկանավորում է մակերեսը՝ պահպանելով փոխազդեցության հաստատուն ուժը։ Ուղղահայաց տեղաշարժերը ստեղծում են եռաչափ տոպոգրաֆիա։

• ԴիմումներՆանոկառուցվածքային հետազոտություններ, մակերևույթի կոպտության չափում, կենսամոլեկուլային ուսումնասիրություններ։